Separação e pré-concentração on-line para especiação de Hg em chorume por FI-CVG AAS

Texto

(1)UFSM Dissertação de Mestrado. SEPARAÇÃO E PRÉ-CONCENTRAÇÃO ON-LINE PARA ESPECIAÇÃO DE Hg EM CHORUME POR FI-CVG AAS. Éder Lisandro de Moraes Flores. PPGQ. Santa Maria, RS - Brasil. 2005.

(2) ii. SEPARAÇÃO E PRÉ-CONCENTRAÇÃO ON-LINE PARA ESPECIAÇÃO DE Hg EM CHORUME POR FI-CVG AAS. por. Éder Lisandro de Moraes Flores. Dissertação apresentada ao programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal de Santa Maria (RS), como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Química. Santa Maria, RS - Brasil. 2005.

(3) iii. Universidade Federal de Santa Maria Centro de Ciência Naturais e Exatas Departamento de Química Programa de Pós-Graduação em Química. A Comissão Examinadora abaixo assinada, aprova a Dissertação de Mestrado. SEPARAÇÃO E PRÉ-CONCENTRAÇÃO ON-LINE PARA ESPECIAÇÃO DE Hg EM CHORUME POR FI-CVG AAS elaborada por Éder Lisandro de Moraes Flores Como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre em Química. COMISSÃO EXAMINADORA:. Valderi Luiz Dressler. Edgard Moreira Ganzarolli. Sérgio Roberto Mortari. Santa Maria, 01 de agosto de 2005..

(4) iv. Dedico este trabalho à minha família (Érico, Gessy, Sônia e Érico Marlon) e à Simone, indispensável companheira em mais uma etapa desta vida..

(5) v. AGRADECIMENTOS Ao Programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal de Santa Maria, pela possibilidade de execução deste trabalho. Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, pela concessão de bolsa de mestrado. Ao Prof. Dr. Valderi Luiz Dressler, orientador e amigo pelo exemplo profissional, transmissão de conhecimentos e incentivo, de inestimável valor. Ao Prof. Dr. Érico Marlon de Moraes Flores, pelas valiosas contribuições e apoio durante a elaboração deste trabalho. Ao Prof. Dr Ayrton Figueiredo Martins, pela amizade e conhecimento trasmitidos. Ao Prof. Dr. José Neri Gottfried Paniz, pela amizade, suporte oferecido, incentivo e sugestões para melhoria deste trabalho. Aos Profs. Drs. Sérgio Roberto Mortari e Edgard Moreira Ganzarolli, pela amizade, participação como banca examinadora e pelas valiosas sugestões que contribuíram para o aperfeiçoamento deste trabalho. Aos amigos do Setor de Química Industrial e Ambiental, pela amizade, incentivo e companheirismo demonstrados. Aos funcionários Ademir e Valéria, pela disposição e amizade demonstradas durante a execução deste trabalho. Aos familiares José, Lourdes e Fernanda, pela amizade e grande apoio transmitidos..

(6) vi. SUMÁRIO LISTA DE TABELAS.................................................................................................... ix LISTA DE FIGURAS .................................................................................................... x LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS................................................................. xiii RESUMO ...................................................................................................................... xv ABSTRACT .................................................................................................................. xvi 1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 17 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.................................................................................... 19 2.1. Mercúrio - Aspectos Gerais.................................................................................... 20 2.1.1. Espécies Inorgânicas de Hg............................................................................... 20 2.1.2. Espécies Orgânicas de Hg.................................................................................. 21 2.1.3. Distribuição e Ciclo Biogeoquímico do Hg.......................................................... 21 2.1.4. Aspectos Toxicológicos do Hg…........................................................................ 24 2.1.5. O Hg no Meio Aquático....................................................................................... 25 2.1.6. Chorume – Características e Ocorrência de Hg................................................. 27 2.2. Análise de Especiação de Hg................................................................................ 29 2.2.1. Amostragem e Armazenamento de Amostras aquosas...................................... 30 2.2.1.1. Armazenamento de Amostras Aquosas Para Determinação de Hg Total....... 31 2.2.1.2. Armazenamento de Amostras Aquosas Para Análise de Especiação de Hg.................................................................................................................................. 32 2.2.2. Determinação de Hg por CV AAS....................................................................... 34 2.2.2.1. Mecanismo de Redução………………………………………………................. 35 2.2.2.2. Redução Seletiva de Espécies de Hg.............................................................. 36 2.2.2.3. Sistemas em Batelada e por Injeção em Fluxo com CV AAS.......................... 37 3.2.2.4. Interferências em CV AAS…………………………………………….................. 38 2.2.3. Preparação da Amostra ..................................................................................... 39 2.2.3.1. Métodos de Extração Para a Especiação de Hg............................................. 40.

(7) vii. 2.3. Métodos para Especiação de Hg…….………………………………..……………… 43 2.3.1. Métodos Cromatográficos................................................................................... 44 2.3.1.1 Cromatografia à Gás......................................................................................... 44 2.3.1.2. Cromatografia à Líquido de Alta Eficiência...................................................... 45 2.3.2. Métodos Não-cromatográficos............................................................................ 46 2.3.2.1. Redução Seletiva…………………………………………………….…................ 46 2.3.2.2. Extração em Fase Sólida................................................................................. 47 2.3.2.3. Troca Iônica..................................................................................................... 50 2.3.3. Outras Técnicas Utilizadas Para Especiação de Hg........................................... 53 3. MATERIAIS E MÉTODOS........................................................................................ 55 3.1.Instrumentação....................................................................................................... 55 3.1.1. Sistema FI-CVG AAS.......................................................................................... 55 3.2. Materiais Diversos.................................................................................................. 58 3.3. Reagentes.............................................................................................................. 58 3.4.Ajuste do Sistema FI-CVG AAS.............................................................................. 59 3.4.1. Ajuste das Condições para Pré-concentração de Hginorg..................................... 60 3.4.2. Ajuste das Condições Para Eluição do Hginorg.................................................... 60 3.4.3. Ajuste da Vazão de Argônio Para a Determinação Hginorg e MeHg ................... 60 3.4.4. Ajuste das Condições Para Geração de MeHgH e Amalgamação do Hg.......... 60 3.4.5. Dessorção Térmica do Hg Amalgamado............................................................ 61 3.4.6. Capacidade de Retenção de Hginorg e MeHg...................................................... 61 3.4.7. Capacidade de Separação das Espécies de Hg e Capacidade de Adsorção de Hg na CTI e na Coluna de Amalgamação............................................................... 61 3.5.Tratamento das Amostras....................................................................................... 62 3.5.1. Procedimento para Tratamento Preliminar da Amostra...................................... 62 3.5.2. Caracterização do Chorume............................................................................... 63 3.5.3. Determinação de Hg Total no Chorume............................................................. 64 3.5.4. Análise de Especiação de Hg no Chorume........................................................ 64 3.5.5. Validação do Método Proposto Para Análise de Especiação de Hg no.

(8) viii. Chorume........................................................................................................................ 66 4. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ....................................... 67 4.1. Ajuste do Sistema FI-CVG AAS............................................................................. 67 4.1.1. Condições para Pré-concentração de Hginorg ..................................................... 67 4.1.2. Condições para Eluição do Hginorg ...................................................................... 68 4.1.2.1. Concentração de HCl e NaBH4............................................................................................................ 69 4.1.2.2. Influência da Vazão do HCl e NaBH4.............................................................................................. 71 4.1.2.3. Influencia da Vazão de Argônio Sobre o Sinal do Hginorg ................................ 72 4.1.3. Condições Para a Determinação de MeHg......................................................... 73 4.1.4. Dessorção Térmica do Hg Amalgamado............................................................ 75 4.1.5. Capacidade de Retenção de Hginorg e MeHg na CTI e na Coluna de Amalgamação............................................................................................................... 76 4.1.6 Influência de uma Espécie de Hg Sobre a Outra no Processo de Separação..................................................................................................................... 77 4.1.7. Condições Estabelecidas Para o Sistema FI-CVG AAS..................................... 78 4.2. Determinação de Hginorg e MeHg em Chorume...................................................... 80 4.2.1. Procedimento para Tratamento Preliminar da Amostra...................................... 80 4.2.2. Caracterização do Chorume............................................................................... 81 4.2.3. Determinação de Hg Total em Chorume............................................................ 82 4.2.4. Análise de Especiação de Hg no Chorume........................................................ 82 4.2.4.1. Análise de Especiação de Hg na Fração Líquida............................................ 83 4.2.4.2. Análise de Especiação de Hg no Sedimento................................................... 83 4.2.5. Validação do Método Proposto Para Análise de Especiação de Hg em Chorume........................................................................................................................ 84 5. CONCLUSÕES......................................................................................................... 83 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................... 84.

(9) ix. LISTA DE TABELAS Tabela 1.. Faixa de concentração dos principais componentes do chorume gerado em aterros de resíduos sólidos urbanos de origem doméstica. Adaptado de Christensen(2001)13.............................................................................. 28. Tabela 2.. Condições adequadas para a preservação e armazenamento de espécies de Hg. Adaptado de Parker (2005)27........................................... 33. Tabela 3.. Aplicações de GC e HPLC para especiação de Hg. Adaptado de Uría et al. (1998)24.................................................................................................. 45. Tabela 4.. Programa de acionamento das válvulas solenóides.................................. 56. Tabela 5.. Condições estabelecidas para a separação/pré-concentração de Hginorg e MeHg com o sistema FI-CVG AAS......................................................... 79. Tabela 6.. Características físico-químicas do chorume usado neste trabalho............ 81. Tabela 7.. Resultados obtidos na determinação de Hg total em chorume, empregando CV AAS. Os valores correspondem à média e o desviopadrão para 3 replicatas............................................................................. 82. Tabela 8.. Determinação de Hginorg e MeHg nas frações do chorume com o sistema FI-CVG AAS. Os valores representam a média e o desvio padrão de 84 três replicatas.............................................................................................. Tabela 9.. Validação do procedimento proposto com o teste de recuperação de Hginorg e MeHg no chorume. Os valores representam a média e o desvio padrão de três medidas.............................................................................. 85.

(10) x. LISTA DE FIGURAS Figura 1.. Intervalo de concentração de Hg e seus compostos em algumas amostras ambientais e biológicas. Os pontos de interrogação indicam que nenhum resultado confiável foi relatado; % indica a percentagem do Hg total nas várias formas (Hg0, (CH3)2Hg ou CH3Hg+) e os valores entre parênteses foram obtidos em locais contaminados. Adaptado de Micaroni (2000)6....................................................................................... 22. Figura 2.. Ciclo biogeoquímico do Hg. Adaptado de ATSDR (1999)7. Linhas tracejadas representam regiões de fronteira entre os compartimentos ambientais. (aq): meio aquoso; (s): sólido; COD: carbono orgânico dissolvido.................................................................................................. 23. Figura 3.. Sistemas para determinação de Hg por CV AAS. (a) em batelada (b) em fluxo. Adaptado de Welz (1999)45...................................................... 38. Figura 4.. Sistema FI-CVG AAS. P: bomba peristáltica; V1,...V4: válvulas solenóides de três vias; CTI: coluna de troca iônica; Ar: fluxo de argônio; SLG1 e SLG2: separadores gás-líquido; Au: coluna de Au para amalgamação; LH: lâmpada halógena; CQ: cela de quartzo; Re: recirculação da amostra ou reagente; W: descarte; x: 1 cm; y: 1 cm; z: 10 cm; números entre parênteses: vazões das soluções, em mL min-1................................................................................. Figura 5.. 57. Fluxograma das etapas envolvidas no tratamento preliminar da amostra de chorume................................................................................ 63. Figura 6.. Fluxograma do procedimento de extração de espécies de Hg do sedimento................................................................................................. 65. Figura 7.. Influência da concentração de HCl e da vazão da solução amostra sobre a intensidade do sinal de Hg. Solução contendo 500 ng L-1 de.

(11) xi. Hginorg; HCl 3 mol L-1 a 3 mL min-1; vazão de NaBH4: 3 mL min-1; vazão de Ar: 100 L min-1..................................................................................... 68 Figura 8.. Influência da concentração do NaBH4 sobre a intensidade do sinal analítico para o Hginorg. Solução de contendo 500 ng L-1 de Hginorg em HCl 0,5 mol L-1 a 10 mL min-1; HCl 3 mol L-1 a 3 mL min-1; vazão de NaBH4: 3 mL min-1; vazão de Ar: 100 L min-1.......................................... 70. Figura 9.. Influência da concentração de HCl na eluição sobre a intensidade do sinal analítico para Hginorg. Solução contendo 500 ng L-1 de Hginorg em HCl 0,5 mol L-1 a 10 mL min-1; HCl: 3 mL min-1; vazão de NaBH4: 3 mL min-1; vazão de Ar: 100 L min-1................................................................ 71. Figura 10. Influência das vazões de HCl 3 mol L-1 e NaBH4 0,1% m/v sobre a. intensidade do sinal analítico para Hginorg. Solução contendo 500 ng L-1 em HCl 0,5 mol L-1 a 10 mL min-1; HCl 3 mol L-1; NaBH4: 0,1 % (m/v); vazão de Ar: 100 L min-1.......................................................................... 72 Figura 11. Influência da vazão de Ar sobre a intensidade do sinal analítico para. Hginorg. Solução de Hginorg contendo 500 ng L-1 de Hg em HCl 0,5 mol L-1 a 10 mL min-1; HCl: 3 mol L-1 a 4 mL min-1; NaBH4: 0,1% (m/v) a 4 73 mL min-1................................................................................................... Figura 12. Perfil do sinal de Hginorg nas condições pré-estabelecidas. Solução. contendo de 500 ng L-1 de Hg em HCl 0,5 mol L-1 a 10 mL min-1; HCl: 3 mol L-1 a 4 mL min-1; NaBH4: 0,1% (m/v) a 4 mL min-1; vazão de Ar: 100 L min-1............................................................................................... 73 Figura 13. Perfil do sinal obtido a partir do MeHg, após a dessorção térmica.. Condições: Amostra: 10 mL de solução contendo 500 ng L-1 de Hg (na forma de MeHg) a 10 mL min-1; Ar: 100 L min-1; temperatura: 500 °C.... 76 Figura 14. Influência. da concentração de MeHg sobre a separação/pré-.

(12) xii. concentração de Hginorg. Solução contendo 100 ng L-1 de Hginorg e Hg (como MeHg em HCl 0,5 mol L-1 a 10 mL min-1; HCl: 3 mol L-1 a 4 mL min-1; NaBH4: 0,1% (m/v) a 4 mL min-1; vazão de Ar: 100 L min-1........... 77 Figura 15. Influência. da concentração de Hginorg sobre a separação/pré-. concentração do MeHg. Solução contendo 100 ng L-1 de Hg como MeHg em HCl 0,5 mol L-1 a 10 mL min-1; HCl: 3 mol L-1 a 4 mL min-1; NaBH4: 0,1% (m/v) a 4 mL min-1; vazão de Ar: 100 L min-1..................... 78 Figura 16. Recuperação de Hginorg em função da concentração de HCl na. amostra.................................................................................................... 83.

(13) xiii. LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS AAS,. espectrometria. de. absorção. atômica,. do. inglês. Atomic. Absorption. Spectrometry CE, eletroforese capilar, do inglês Cappilary Electrophoresys CRM, material de referência certificado, do inglês Certified Reference Material CV AAS, espectrometria de absorção atômica com geração de vapor frio, do inglês Cold Vapor Atomic Absorption Spectrometry CV AFS, espectrometria de fluorescência atômica com geração de vapor frio, do inglês Cold Vapor Atomic Fluorescence Spectrometry CV, vapor frio, do inglês Cold vapor CVG, geração química de vapor, do inglês Chemical Vapor Generation FI, injeção em fluxo, do inglês Flow Injection FI-CV AAS, espectrometria de absorção atômica com geração de vapor frio acoplado a sistema de injeção em fluxo, do inglês Flow Injection Cold Vapor Atomic Absorption Spectrometry FI-CVG AAS, espectrometria de absorção atômica com geração química de vapor acoplado a sistema de injeção em fluxo, do inglês Flow Injection Chemical Vapor Generation Atomic Absorption Spectrometry GC, cromatografia gasosa, do inglês Gas Chromatography HG, geração de hidretos, do inglês Hydride Generation HG AAS, espectrometria de absorção atômica com geração de hidretos, do inglês Hydride Generation Atomic Absorption Spectrometry HPLC, cromatografia líquida de alta eficiência, do inglês, High Performance Liquid Chromatography ICP OES, espectrometria de emissão ótica com plasma indutivamente acoplado, do inglês, Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry ICP-MS, espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado, do inglês, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry d.i., diâmetro interno IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry LD, limite de detecção.

(14) xiv. LQ, limite de quantificação MeHg, metilmercúrio MIP OES, espectrometria de emissão ótica com plasma induzido por microondas, do inglês Microwave Induced Plasma Optical Emission Spectrometry PTFE, politetrafluoretileno RSD, desvio padrão relativo, do inglês, relative standard deviation SPE, extração em fase sólida, do inglês Solid Phase Extraction TMAH, hidróxido de tetrametilamônio, do inglês, tetramethylammonium hydroxide UV, ultravioleta.

(15) xv. RESUMO No Brasil, os lixões constituem a principal forma de disposição de resíduos sólidos urbanos. A percolação da água da chuva através do lixo e a sua fração aquosa inerente constituem o chorume, um efluente caracterizado por elevada concentração de matéria orgânica (dissolvida e coloidal), alta salinidade, sólidos supensos e presença de metais pesados. A análise de especiação de Hg em chorume é complexa em virtude das características da matriz envolvida e pelo fato das concentrações das principais espécies de Hg (Hg2+ inorgânico, Hginorg, e na forma orgânica, metilmercúrio, MeHg) estarem na ordem de ng L-1. Neste trabalho, foi proposto o desenvolvimento de um método para a especiação de Hg em chorume, envolvendo a separação, pré-concentração e detecção das espécies de Hg com um sistema de injeção em fluxo acoplado a um espectrômetro de absorção atômica com geração química de vapor (FI-CVG AAS). A amostra foi centrifugada a 15000 rpm por 10 min para separação do material particulado. O sobrenadante foi filtrado a 0,45 µm, acidificado com HCl a 1,0 mol L-1 e então processado em uma coluna (l = 1,0 cm, i.d. = 3 mm) preenchida com 30 mg de resina de troca aniônica (Dowex 1-X8, 200-400 mesh), na qual somente o Hginorg é retido, na forma de um cloro-complexo aniônico, [HgCl4]2-. O MeHg, não sendo retido pela resina, reage com NaBH4 a 0,1% (m/v) e é convertido ao seu respectivo hidreto (MeHgH), o qual é préconcentrado por amalgamação em uma coluna preenchida com uma “tela” de Au/Pt (l = 1 cm, i.d. = 3 mm). O Hginorg é removido da coluna através de eluição redutiva, sendo reduzido a Hg0 diretamente na resina com uma mistura de NaBH4 e HCl e carregado até a cela de quartzo com argônio. O Hg amalgamado (MeHgH) foi dessorvido termicamente da “tela” de ouro com uma lâmpada halógena à temperatura de cerca de 500 °C, sendo carregado até a cela de quartzo com argônio. Dessa forma, é possível a detecção individual das espécies de Hg, sendo obtido um sinal analítico para cada espécie. O sedimento obtido após a centrifugação foi submetido a um processo de extração com HCl 6 mol L-1 e irradiação de microondas (3 min a 60 W). Com o ajuste dessas condições, obteve-se uma faixa de trabalho de 50 a 2000 ng L-1 para Hginorg e MeHg, com LD de 12 e 9 ng L-1 (1 min de préconcentração a 10 mL min-1), respectivamente. As recuperações dos testes de adição de 10 ng de Hg, como Hginorg e MeHg, variaram de 97 a 106%. O sistema FI-CVG AAS é caracterizado pela fácil implementação (uso de apenas quatro válvulas) e simplicidade (eluição redutiva), usando apenas HCl e NaBH4 como reagentes. Portanto, o método proposto é adequado para a análise de especiação de Hg em chorume, com boa exatidão, precisão (RSD < 4%) e robustez, apesar da grande complexidade da matriz da amostra..

(16) xvi. ABSTRACT In Brazil, the urban solid wastes are usually discharged on landfill sites that are percolated by rainwater. This water leaches the wastes producing an effluent that is characterized by high concentration of organic matter, salts, suspended particulates and heavy metals. Mercury is one of the metals that is frequently present in different chemical forms which is an environmental concern. Since some mercury species, mainly Hg2+ (Hginorg) and CH3Hg+ (Hgorg.), are more toxic than others, the Hg speciation in the waste leaching is very important. This analysis may be a difficult task due to low analyte concentration and high matrix complexity. In this work it is proposed a new method for Hg speciation in urban waste leachate by using a flow injection (FI) system for chemical vapor generation (CVG) and detection by atomic absorption spectrometry (AAS). The sample was centrifuged at 15,000 rpm for 10 min for separating the particulates. The supernatant was filtered at 0.45 µm, acidified up to 1 mol L-1 HCl and then passed through a column (l = 10 mm and i.d. = 3 mm) filled with anion exchange resin (Dowex 1-X8, 200-400 mesh) in order to retain only the Hginorg. Just at the column outlet the MeHg, which is not retained by the resin, is converted to volatile MeHgH by reaction with 0.1% (m/v) NaBH4 and the MeHgH is subsequently pre-concentrated by amalgamation on a gold gauze (l = 10 mm and i.d. = 3 mm). Initially, the Hginorg that is retained on the resin is removed by reductive elution with 0.1% (m/v) NaBH4 and 1 mol L-1 HCl and the resultant Hgo is carried by argon to the quartz cell of the AAS spectrometer. In a second step, the MeHgH is thermodesorbed from the Au net by irradiation with a halogen lamp (~500 °C) and the Hgo is also carried by argon to the quartz cell. In this way, is possible the individual detection of the Hg species. The Hg in the solid fraction attained after centrifugation was acid extracted with 6 mol -1. L. HCl and microwave irradiation (3 min at 60 W) and then centrifuged once more. The. supernatant was separated and submitted to the same procedure described above. With the proposed method it is possible to obtain calibration curves ranging from 50 to 1500 ng L-1 of Hg (as Hg2+ or CH3Hg+). Limits of detection (3σ) of 12 ng L-1 of Hg (as Hg 2+) and 9 ng L-1 of Hg (as CH3Hg+) by processing 10 mL of sample were achieved. The recoveries of Hg2+ and CH3Hg+ in the samples spiked with this species were quantitative (97 - 106%) and the relative standard deviation (RSD) was lower than 4% (n = 5)..

(17) 1. INTRODUÇÃO. Até a década de 1980, o conceito de “problema analítico” era bastante limitado, pois apenas a quantificação da concentração total de um ou mais elementos em uma determinada amostra já era uma informação relevante. Entretanto, esta informação não permite a previsão sobre o comportamento das diferentes formas químicas em que um elemento se encontra em relação a sistemas biológicos e/ou geoquímicos. A exigência de um detalhamento analítico originou novas tendências em Química Analítica, entre elas, a análise de especiação química. O potencial toxicológico do Hg é fortemente determinado pelo seu estado de oxidação e/ou a forma com que está ligado a outros elementos. Devido ao fato de que a biodisponibilidade depende, sobretudo, de mecanismos associados às espécies e/ou de suas solubilidades, a qual, para materiais biológicos, aumenta com o caráter lipofílico do respectivo composto, a especiação vem a ser uma ferramenta indispensável para o estabelecimento de limites de concentrações seguras - do ponto de vista toxicológico - para elementos traço, como o Hg. As propriedades do Hg em formar ligas com vários metais, sua liquidez à temperatura ambiente, sua facilidade de vaporização, resfriamento e a sua condutividade elétrica, fazem do mercúrio um importante metal na indústria. O Hg provavelmente seja mais conhecido como um líquido prateado dos termômetros, entretanto, são conhecidas mais de 3000 aplicações industriais. Em virtude de questões relacionadas ao impacto ambiental e a toxicidade do Hg, há uma tendência global em restringir o seu uso. Entretanto, em muitos casos, devido as versáteis propriedades físico-químicas do Hg, a sua substituição torna-se praticamente inviável. As principais formas de emissão natural de Hg são decorrentes da degaseificação natural da crosta terrestre e atividades vulcânicas. Simultaneamente, ocorrem significativas emissões de Hg0 e seus compostos devido a atividades antropogênicas, sendo as mais.

(18) Introdução. 18. significativas, provenientes da utilização de combustíveis fósseis, incineração de resíduos urbanos e industriais, indústrias de cloro-álcali e de equipamentos elétricos. Os estudos de especiação de Hg são relacionados a um amplo espectro de situações, devido, principalmente, às emissões significativas desse elemento e seus compostos para o meio ambiente, devido a sua ampla aplicação do Hg na indústria. Os aspectos toxicológicos também são necessariamente considerados, pois são bastante freqüentes os casos de intoxicações, seja por exposição ocupacional ou pela cadeia alimentar, visto as características de bioacumulação e toxicidade do Hg. No Brasil, os lixões constituem a principal forma de disposição de resíduos sólidos urbanos. A percolação da água da chuva através do lixo e a sua fração aquosa inerente constituem o chorume, um efluente caracterizado por elevada concentração de matéria orgânica (dissolvida e coloidal), alta salinidade, sólidos supensos e presença de metais pesados. A análise de especiação de Hg em chorume é complexa em virtude das características da matriz envolvida e pelo fato das concentrações das principais espécies de Hg (Hg2+ inorgânico, Hginorg, e na forma orgânica, metilmercúrio, MeHg) estarem na ordem de ng L-1. Desta forma, as principais etapas envolvidas na análise tanto de amostras ambientais e/ou biológicas são amostragem, pré-concentração, separação e a determinação das espécies separadas usando uma técnica sensível como por exemplo, a espectrometria de absorção atômica por vapor frio (CV AAS, do Inglês, Cold Vapor Atomic Absorption Spectrometry). Atualmente, estão disponíveis muitos métodos de amostragem (coletores manuais e automáticos) que possibilitam a simultânea pré-concentração e separação das espécies de Hg contidas em amostras, as quais podem ser cromatográficas ou não. Técnicas de separação bem estabelecidas, como cromatografia líquida, gasosa e extração em fase sólida também são ferramentas utilizadas. Os detectores empregados normalmente são suficientemente seletivos e sensíveis. Neste trabalho, foi proposto o desenvolvimento de um método para a especiação de Hg em chorume, envolvendo a separação, pré-concentração e detecção das espécies de Hg com um sistema de injeção em fluxo acoplado a um espectrômetro de absorção atômica com geração química de vapor (FI-CVG AAS)..

(19) 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA. A revisão bibliográfica está basicamente dividida em três partes principais. Na primeira parte, são abordados aspectos gerais sobre as propriedades físico-químicas do Hg, seu ciclo biogeoquímico, aspectos toxicológicos e a ocorrência do elemento em ambientes aquáticos. A segunda parte trata sobre a análise de especiação de Hg, abordando técnicas para armazenamento de amostras e conservação das espécies de Hg, os métodos de preparação de amostras, com ênfase sobre as técnicas de extração e a determinação de Hg por CV AAS. Na terceira parte, serão abordados os métodos de separação cromatográficos e não-cromatográficos para especiação de Hg em amostras ambientais, como águas e sedimentos. Uma maior ênfase é dada aos métodos de separação não-cromatográficos, uma vez que o presente trabalho está baseado na separação não-cromatográfica de espécies de Hg. Apesar de a troca iônica ser considerada, em alguns casos, uma técnica cromatográfica e/ou de extração em fase sólida, ela será abordada como uma técnica não cromatográfica. Além disso, quando é feita a abordagem sobre as formas inorgânicas (Hg2+) e orgânicas de Hg, estas serão denominadas, respectivamente, Hginorg e MeHg (metilmercúrio), mesmo que outras formas estejam presentes nas amostras. A concentração total de mercúrio será denominada por Hgtot. O uso de tal terminologia foi feito apenas para facilitar a leitura, entendendo-se que, apesar de poder existir outras espécies, Hg2+ inorgânico e MeHg são as predominantes. Quando se tratar de outras espécies de Hg, elas serão mencionadas..

(20) Revisão Bibliográfica. 20. 2.1. Mercúrio – Aspectos Gerais As propriedades do mercúrio (Hg) em formar ligas com vários metais, seu estado líquido à temperatura ambiente, sua facilidade de vaporização, resfriamento e condutividade elétrica, conferem ao Hg grande destaque industrial, sendo conhecidas mais de 3000 aplicações industriais. Por exemplo, cita-se os usos do Hg em termômetros, eletrodos (indústrias de cloro-álcali) e em amálgamas (extração de ouro e em ortodontia) são de grande importância. Os compostos de Hg também são amplamente explorados em vários segmentos, fungicidas (cloreto de metilmercúrio), anti-sépticos (tiosalicilato de etilmercúrio - timerosal), catalisadores (sulfato mercúrico), entre outros.1 Em virtude de questões relacionadas à toxicidade das espécies de Hg, há uma tendência global em restringir o seu uso. Entretanto, em muitos casos, devido às propriedades físico-químicas do elemento, em alguns casos, sua substituição torna-se praticamente inviável.. 2.1.1. Espécies Inorgânicas de Hg O Hg possui em compostos os números de oxidação 1+ ou 2+. Os compostos de Hg(II) são muito mais numerosos que os compostos de Hg(I). Além dos sais simples, como cloreto, nitrato e sulfato, o Hg(II) forma vários compostos organometálicos. Os compostos com o número de oxidação 1+ são raros, no qual o cátion Hg+ é um íon diatômico ligado por covalência (Hg-Hg)2+, representado por Hg22+.2 Entre os compostos de Hg com seus estados de oxidação positivos, a ocorrência de precipitados e complexos é bastante comum. O sulfeto de mercúrio (HgS) tem baixa solubilidade (Kps ≈ 10-54), de modo a estabilizar o Hg no estado de oxidação 2+. Geralmente, o Hg(I) é estabilizado como haletos de Hg+ insolúveis. Mais freqüentemente, o Hg2+ pode formar complexos de configuração eletrônica [Xe]4f145d10, em diferentes formas de coordenação, com número de coordenação de 2 a 6.3.

(21) 21. Revisão Bibliográfica. 2.1.2. Espécies Orgânicas de Hg Os compostos organometálicos de Hg são caracterizados por ligações covalentes do tipo σ entre o Hg e um ou dois átomos de carbono para formar compostos do tipo RHgX e RHgR’, respectivamente, onde R e R’ representam grupos orgânicos e X representa um ânion. A ligação HgC, apesar de ser polarizada (Hgδ+Cδ-), é essencialmente covalente. Entretanto, a interação entre Hg e um ânion X tem caráter iônico.4 Os grupos alquila, R e R’, ocorrem em uma grande variedade de formas, sendo exemplos mais comuns os grupos alquila, fenila e metoxietila. Os compostos de fenilmercúrio têm uma baixa volatilidade. Entretanto, os haletos de metil, etil e metoxietilmercúrio. são. mais. voláteis.. A. solubilidade. dos. compostos. organomercuriais em água é relativamente baixa, de modo que o Hg elementar e haletos de compostos alquilmercuriais são solúveis em solventes não-polares.5 A ligação CHg é relativamente estável, não se rompendo em água ou em meios fracamente ácidos ou básicos. A estabilidade da ligação não se deve somente pela força da ligação covalente, mas também devido à baixa afinidade do Hg pelo oxigênio. Entretanto, os compostos orgânicos de Hg são susceptíveis à fotodegradação. A fotólise do dimetilmercúrio ((CH3)2Hg) em 254 nm, na fase gasosa, produz os radicais CH3Hg• e CH3•, sendo degradado rapidamente, através do ataque por radicais hidroxila, com produção de Hg0.4. 2.1.3. Distribuição e Ciclo Biogeoquímico do Hg O Hg é o 16o elemento em abundância na crosta terrestre, com distribuição média de 0,5 mg kg-1, sendo o cinábrio, o minério de Hg de maior ocorrência. Entretanto, a concentração do elemento é bastante variável de acordo com o tipo de ambiente, como pode ser observado na Fig. 1.5, 6 O ciclo biogeoquímico natural do Hg é caracterizado pela volatilização do elemento a partir do solo e de águas superficiais, seguido pelo transporte atmosférico e deposição na superfície terrestre e em águas superficiais. Desta forma, o Hg é continuamente re-volatilizado e depositado.7.

(22) Revisão Bibliográfica. 22. Figura 1. Intervalo de concentração de Hg e seus compostos em algumas amostras ambientais e biológicas. Os pontos de interrogação indicam que nenhum resultado confiável foi relatado; % indica a percentagem do Hg total nas várias formas (Hg0, (CH3)2Hg ou CH3Hg+) e os valores entre parênteses foram obtidos em locais contaminados. Adaptado de Micaroni (2000).6. Observando-se a Fig. 2, o ciclo do Hg pode compreender as seguintes interações:8 •. Despejo direto de Hg0 para o meio aquático (rios e oceanos);. •. Volatilização de Hg0 através do aquecimento de amalgamas (mineração de ouro);. •. Combinação do Hg0 volatilizado com aerossóis e transporte atmosférico;. •. Deposição de Hg0 em solos e águas;. •. Oxidação do Hg0 por ozônio ou radiação e deposição do Hg2+ em solos e.

(23) 23. Revisão Bibliográfica. águas; •. Metilação do Hginorg à MeHg;. •. Adsorção de Hginorg por materiais particulados suspensos em água e sedimentação;. •. Imobilização do Hg por sulfetos na forma de HgS;. •. Redução do Hginorg à Hg0, através da radiação solar e de ácidos orgânicos, seguido de volatilização na interface água-ar;. •. Solubilização do Hg0 através da dissolução-complexação por ácidos orgânicos;. •. Lixiviação e transporte do Hginorg de solos, levando a contaminação de águas subterrâneas;. •. Demetilação do MeHg e posterior volatilação do Hg0 na interface água-ar. Hg+(aq) 0. HgO(s). Hg (aq) SO. 2,. O3. 2+. Hg (aq). Cl-, OH-. CH3HgOH + CH3. Hg(OH)2 HgCl2. NO. OH 0. Hg. HCl, O3, H2O2. HCl, O3, H2O2. Hg (II). 0. (CH3)2Hg. Hg + 2 CH3. AR CH3Hg. HgO(s) Hg0. Hg (II). COD. micróbios. peixes. CH3Hg+. (CH3)2Hg. CH3Hg+. (CH3)2Hg. ÁGUA Hg0. bactérias. Hg (II). micróbios. s ia ér ct ba. SEDIMENTO. complexos inorgânicos. HgS. (CH3)2S. Hg. moluscos. Figura 2. Ciclo biogeoquímico do Hg. Linhas tracejadas representam regiões de fronteira entre os compartimentos ambientais. (aq): meio aquoso; (s): sólido; COD: carbono orgânico dissolvido. Adaptado de ATSDR (1999).7.

(24) Revisão Bibliográfica. 24. A metilação do Hginorg no solo e sedimento, presentes em ambientes aquáticos é um fenômeno importante que ocorre relacionado à atividade microbiana. De modo geral, a metilação através de microorganismos depende de diversos fatores:9 • A monometilação é o produto predominante da metilação biológica em pH próximo a 7; • A taxa de metilação é mais elevada sob condições aeróbias do que sob condições anaeróbias; • A temperatura afeta a metilação, através do seu efeito sobre a atividade microbiana; • Altas taxas de crescimento microbiano aumentam a metilação do Hg; • As taxas de metilação são inibidas pela presença de sulfeto em sistemas anaeróbios. O ciclo biogeoquímico do Hg está sujeito a várias incertezas, relacionadas às quantidades médias de Hg no meio ambiente. Além disso, as várias transformações (por ex.: metilação, demetilação, oxidação, redução, difusão etc.) também estão associadas a um determinado grau de incerteza, devido a sua relação com outros fatores, como pH, temperatura, potencial redox, entre outros.10. 2.1.4. Aspectos Toxicológicos do Hg São relatados vários casos de intoxicação por Hg, destacando-se os casos ocorridos no Japão (1953), pelo consumo de peixe contaminado, e no Iraque (1971), pelo consumo de sementes de trigo contaminadas. Quanto à manipulação de MeHg, também foram registrados alguns casos de intoxicação de pesquisadores, por inalação e absorção pela pele. A síndrome de Hunter-Russel é uma doença provocada pela contaminação com metilmercúrio, cujos sintomas são a disfunção do sistema nervoso, ataxia e diminuição do campo visual. No entanto, vários outros sintomas podem ser causados, dependendo do grau de exposição.1 O MeHg é uma das formas mais perigosas de Hg devido à sua fácil entrada.

(25) Revisão Bibliográfica. 25. no organismo e absorção, com uma dose letal (DL50) de 21 mg kg-1. A absorção pela via respiratória, cutânea e pelo trato gastrointestinal atingem taxas de 80%, mesmo misturado a alimentos. No caso de ingestão de peixe, o metilmercúrio, ligado à sulfidrilas de proteínas, sofre a ação do suco gástrico, orginando o cloreto de metilmercúrio.5 O Hg e seus compostos, dependendo da concentração no tecido animal, podem desnaturar proteínas, inativar enzimas e alterar a atividade celular, tanto pela indução de genes específicos como pela transmissão ou influência de sinais de controle da expressão gênica. O Hg pode se ligar a uma variedade de componentes citoplasmáticos e de sistemas enzimáticos, incluindo microssomos, lisossomos e mitocôndrias, causando desde lesões inespecíficas, até a morte celular.7 O elemento liga-se aos grupos sulfidrila, −SH (tiol ou mercaptana) de proteínas, enzimas e de substâncias de baixo peso molecular (coenzima A, cistina, glutation, lipoato e tioglicolato), com as quais tem forte afinidade. Dessa forma, as espécies de Hg, mesmo em baixas concentrações, são capazes de inativar as enzimas sulfidriladas, interferindo no metabolismo e nas funções celulares, como por exemplo, bloquear o transporte de glicose e alterar a permeabilidade da membrana.1 Dessa forma, cabe ressaltar a importância das condições adequadas à manipulação do Hg e de seus compostos, principalmente o MeHg. É necessário o emprego de luvas nitrílicas, as quais são praticamente impermeáveis a esta espécie, bem como sistema de exaustão eficiente. Para destruição de resíduos contendo MeHg é necessária a utilização de um oxidante forte como o cloreto de bromo, sendo que o Hginorg resultante deve ser descartado adequadamente.6. 2.1.5. O Hg no Meio Aquático As principais espécies de Hg presentes em ambientes aquáticos são Hginorg e MeHg. Em águas naturais, as concentrações de Hg total são relativamente baixas, estando geralmente abaixo de 1 ng L-1 para oceano aberto, e abaixo de 15 ng L-1 para águas costeiras e abaixo de 3 ng L-1 para lagos e rios. As variações pontuais dos níveis de Hg são consideráveis, especialmente em áreas costeiras e em lagos e.

(26) Revisão Bibliográfica. 26. rios, onde a associação do Hg com materiais em suspensão também pode contribuir para o aumento da concentração total de Hg.6 As concentrações de MeHg em águas superficiais são tipicamente superiores em água doce do que em oceano aberto, ocorrendo principalmente na forma de CH3HgOH e CH3HgCl, respectivamente, ocorrendo esta distinção em razão da elevada concentração de cloreto (Cl-) em água do mar. Os níveis de dimetilmercúrio são praticamente desprezíveis em razão de sua elevada volatilidade. 4 Os complexos com carga neutra, como HgCl2, CH3HgOH, entre outros, ocorrem de forma relativamente estável em água doce (neve, água da chuva, rios e lagos), entretanto em água do mar, o tetracloreto de mercúrio, [HgCl4]2-, é a principal forma de ocorrência do Hg.11 Nos ambientes aquáticos, as transformações entre as espécies de Hg, como a metilação do Hginorg, pode ocorrer através de processos bióticos e abióticos. Dessa forma, processos como atividade microbiana, adsorção e desorção, complexação, dissolução, floculação, precipitação e degradação de substâncias orgânicas são processos que participam interativamente do transporte de Hg em ambientes aquáticos.4 A complexação do Hg com ácidos fúlvicos e húmicos, presentes em águas com elevado teor de carbono orgânico dissolvido (COD), é uma forma freqüente de associação do Hg no meio aquático. Em águas anóxicas, o MeHg normalmente está ligado a sulfetos. A correlação entre MeHg e COD em muitos sistemas aquáticos reflete a função complexa do COD em mediar a concentração e a distribuição de MeHg, bem como a sua biodisponibilidade. O MeHg pode ser fixado no meio aquático através de complexação com o COD, de modo que águas com elevados níveis de COD, tendem a ter níveis elevados de MeHg em água.4 Parte do Hg presente nos sistemas aquáticos também ocorre no sedimento, sendo a sua distribuição dependente da concentração de carbono orgânico, argila, ferro, fósforo, sulfeto, dentre outros. Os complexantes orgânicos solúveis em água, tais como humatos e fulvatos, podem quelar as espécies solúveis de Hg, de modo que os fulvatos de Hg podem precipitar diretamente no sedimento. O meio ácido favorece a adsorção do Hg pelos ácidos húmicos. No entanto, em meio básico, o Hg tem maior afinidade pela fração mineral, desfavorecendo a formação de MeHg.12.

(27) Revisão Bibliográfica. 27. A capacidade adsortiva de diferentes adsorventes para Hg decresce na seguinte ordem: ácidos húmicos > MnO2, argilas > Fe2O3 > SiO2. A concentração de Cl- tem influência na capacidade de adsorção de Hg devido à formação de clorocomplexos, de modo que a capacidade adsortiva de Hg decresce na seguinte ordem: Hg(OH)Cl > Hg(OH)2> [HgCl3]- > [HgCl4]2-.11 A concentrações de Cl- inferiores do que 10-4 mol L-1, ácidos húmicos e MnO2 têm uma considerável capacidade de adsorção de Hg. Em concentrações de 0,5 mol L-1 de Cl- (características de água do mar), somente ácidos húmicos têm capacidade adsortiva para Hg. O Hg é fortemente adsorvido por particulados suspensos (diâmetro inferior a 5 µm) de sedimentos. Substâncias orgânicas com grupos tiol ou amino podem ligar-se fortemente com o Hg.11. 2.1.6. Chorume – Características e Ocorrência de Hg No Brasil, os aterros para depósito lixo, popularmente conhecidos como “lixões”, constituem a principal forma de disposição de resíduos sólidos urbanos. A percolação da água da chuva através do lixo e a sua fração aquosa inerente constituem o chorume, um efluente caracterizado por elevada concentração de matéria orgânica (dissolvida e coloidal), alta salinidade, elevado teor de sólidos supensos e presença de metais pesados.13 A composição do chorume é um indicador do tipo de resíduo que é disposto no aterro. É relevante a contribuição do descarte de substâncias perigosas (tintas, baterias, medicamentos, biocidas, entre outros) de origem doméstica inerente ao consumo dos mais diversos tipos de produtos pela população. Dessa forma, muitas substâncias emanadas pelos aterros têm potencial para causar contaminação ambiental, os quais podem ser classificados em quatro grupos de poluentes:13 •. Matéria orgânica dissolvida, expressada como demanda química de oxigênio (DQO), carbono orgânico dissolvido (COD) ou carbono orgânico total (TOC), incluindo CH4, ácidos graxos voláteis e outros compostos como ácidos húmicos e fúlvicos;. •. Macrocomponentes inorgânicos, como Ca, Mg, Na, K, Fe, Mn, NH4+, Cl-, SO42- e HCO3-;.

(28) 28. Revisão Bibliográfica. •. Metais pesados, como Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Zn e Hg;. •. Compostos orgânicos xenobióticos, em concentração inferior a 1 mg L-1, como hidrocarbonetos aromáticos, fenóis e organoclorados.. Na Tabela 1 são mostradas as faixas de concentração de alguns constituintes do chorume.14 Tabela 1. Faixa de concentração dos principais componentes do chorume gerado em aterros de resíduos sólidos urbanos de origem doméstica.a Adaptado de Christensen (2001).13 Parâmetro pH Condutividade específica (µS cm-1) Sólidos totais (mg L-1). Intervalo 4,5 - 9,0 2500 - 35000 2000 – 60000. Matéria orgânica Carbono orgânico total (COT) Demanda biológica de oxigênio (DBO) Demanda química de oxigênio (DQO) DBO/DQO (razão) Nitrogênio orgânico. 30 – 29000 20 – 57000 140 – 152000 0,02 – 0,80 14 – 2500. Macrocomponentes inorgânicos Fósforo total Cloretos Sulfatos Bicarbonatos Sódio Potássio Amônio Cálcio Magnésio Ferro Manganês Sílica Elementos-traço Arsênio Cádmio Cromo Cobalto Cobre Chumbo Mercúrio Níquel Zinco a. valores de concentração em mg L-1.. 0,1 – 23 150 – 4500 8 – 7750 610 – 7320 70 – 7700 50 – 3700 50 – 2200 10 – 7200 30 – 15000 3 – 5500 0,03 – 1400 4 – 70 0,01 – 1 0,0001 - 0,4 0,02 – 1,5 0,005 – 1,5 0,005 – 10 0,001 – 5 0,00005 – 0,16 0,15 – 13 0,03 – 1000.

(29) Revisão Bibliográfica. 29. Os metais pesados presentes no chorume normalmente estão associados ao COD, sendo que cerca de 30% deste consiste de substâncias de alto peso molecular (>1000 Da). O material coloidal também apresenta afinidade pelos metais, de modo que a concentração do metais no chorume depende do teor de material coloidal.15 Estas associações ocorrem através de fenômenos como sorção e/ou complexação. Entretanto, na fase metanogênica, pode ocorrer precipitação de alguns metais com sulfetos e carbonatos.16 O comportamento e os possíveis efeitos tóxicos dos metais pesados no chorume são dependentes de suas formas químicas e de como estão associados aos minerais, ao COD e ao material em suspensão. A determinação da biodisponibilidade teórica desses metais, normalmente é baseada em cálculos a partir de resultados obtidos em extrações com acetato de amônio ou EDTA.17 O Hg ocorre no chorume predominantemente na forma de sulfetos insolúveis. Entretanto, sob condições anaeróbicas, é possível a biometilação do Hginorg a formas mais solúveis e voláteis, como MeHg e etilmercúrio, o que remete aos aterros de resíduos serem uma significativa fonte de emissão de Hg para a atmosfera.18,19 A concentração de Hg total em gases emitidos por aterros é da ordem de µg m-3. Entre as espécies metiladas de Hg, o MeHg ocorre em concentrações inferiores a 30 ng m3. , sendo o dimetilmercúrio a espécie predominante, com concentrações de até 100. ng m-3.20 Embora haja estudos de especiação de Hg nos gases emitidos pelo aterro, observa-se que há poucos estudos relacionados à especiação de Hg em chorume. Alguns trabalhos referem-se apenas a estudos de fracionamento de Hg em chorume.21. 2.2. Análise de Especiação de Hg A definição do termo “especiação” recomendado pela “União Internacional de Química Pura e Aplicada” (IUPAC) tem sido utilizado de uma forma muito mais ampla, como por exemplo, para especificar também a “transformação e/ou distribuição de espécies”, ou “atividade analítica para identificar espécies químicas e.

(30) Revisão Bibliográfica. 30. medir sua distribuição”. Neste caso, estes processos seriam mais adequadamente definidos como “transformação de espécies” e “distribuição de espécies”.22 Para um melhor entendimento do significado de especiação, é útil considerar o conjunto de definições relacionadas abaixo: • Especiação: determinação do composto ou forma química exata, na qual um elemento ocorre em uma amostra. • Espécie química; elemento químico: forma específica de um elemento, definida pela sua composição isotópica, estado de oxidação ou eletrônico e/ou complexo ou estrutura molecular. • Análise de especiação: atividade analítica de identificação e/ou medições da quantidade de uma ou mais espécies químicas individuais em uma amostra. • Especiação de um elemento; especiação: distribuição da quantidade de um elemento químico de uma espécie definida em um sistema.23 As principais etapas envolvidas na análise de especiação, tanto de amostras ambientais e/ou biológicas, são: amostragem, pré-concentração, separação e a determinação das espécies separadas usando uma técnica hifenada.24. 2.2.1. Amostragem e Armazenamento de Amostras Aquosas A amostragem, geralmente, é uma das etapas críticas na análise de especiação, podendo interferir no equilíbrio das espécies, causando erros de exatidão. Portanto, o procedimento de amostragem deve preservar o equilíbrio e as informações originais das espécies na amostra.25 A distribuição das espécies químicas em meios aquáticos pode variar em função da profundidade de um reservatório de água, onde a presença ou ausência de luz solar, a pressão dos gases dissolvidos (como o oxigênio e o dióxido de carbono), pH, potencial redox, íons concomitantes, entre outros, são fatores que podem levar a resultados errados, pois estes afetam a estabilidade e solubilidade de várias espécies químicas.26 O material particulado deve ser removido das amostras aquosas antes do armazenamento, para evitar a adsorção e/ou transformações das espécies. O.

(31) 31. Revisão Bibliográfica. material na forma coloidal não necessariamente deve ser removido, pois estes podem ser considerados como componentes da fração dissolvida.27 Os materiais utilizados para amostragem, dispositivos para filtração e recipientes para o armazenamento de amostras normalmente devem ser descontaminados com HNO3 a 10% (v/v), BrCl ou HCl a 50% (v/v) deixando-os em contato por pelo menos 24 h é recomendado, em alguns casos, aquecimento a 65 °C. Na descontaminação de recipientes de vidro borossilicato, também é recomendado submeter o recipiente a 475 °C por algumas horas.28 O material dos recipientes pode afetar fortemente a estabilidade das espécies de. Hg.. Vários. materiais,. como. polietileno. (PE),. polipropileno. (PP),. politetrafluoretileno (PTFE), vidro borossilicato, cloreto de polivinila (PVC), quartzo etc, têm sido avaliados para armazenar amostras líquidas. No caso de frascos de PE, os sítios ativos da superfície das paredes dos recipientes e aditivos (aminas, sulfetos e grupos fenólicos) podem causar perdas de Hg por adsorção ou redução. Em geral, a perda por adsorção nos recipientes de PTFE, aparentemente, é menor do que em vidro borossilicato.23,30. 2.2.1.1. Armazenamento de Amostras Aquosas para Determinação de Hg Total No armazenamento de águas ou efluentes, para posterior determinação de Hg total, sem tratamento prévio, normalmente ocorrem perdas significativas de Hg das soluções, causadas por diferentes mecanismos, como adsorção nas paredes do recipiente e volatilização.30 A estabilização do Hg em solução pode ser assegurada através da conservação de amostras em meio ácido e força iônica elevada, limitando, assim a adsorção nas paredes do recipiente. A adição de ácidos minerais fortes, como HNO3, HCl, H2SO4 ou solução contendo ouro, normalmente é recomendada, entretanto, pode ocorrer a coagulação da matéria orgânica presente na amostra.31 A geração de espécies voláteis de Hg durante o período de armazenamento deve-se à redução de Hg2+ a Hg0 pela ação de agentes exógenos, como espécies redutoras, microorganismos ou ácidos húmicos. Outras causas possíveis de perda.

(32) Revisão Bibliográfica. 32. de Hg da solução podem ser devido à adsorção de espécies de Hg nos sólidos ou colóides em suspensão, associação em complexos estáveis, ou sua redução na forma de amálgamas.32 De modo a minimizar os mecanismos de redução e volatilização do Hg, a adição de substâncias oxidantes e/ou complexantes é outro procedimento que mantém a estabilização do Hg total. Substâncias como KMnO4, K2Cr2O7 e BrCl, em concentrações variáveis, são freqüentemente utilizadas.33,34 Quando utiliza-se KMnO4 como preservante, pode ocorrer a precipitação de MnO2 (no qual o Hg pode ser adsorvido) e, no caso de soluções salinas, o KMnO4 pode ser consumido pela oxidação de Cl- a Cl2.35 Como alternativa, é recomendada a adição de K2Cr2O7 em meio ácido (por exemplo: 2 mL L-1 de solução K2Cr2O7 a 20% m/v em HNO3 8,0 mol L-1).2 O uso de HNO3 como aditivo único não é recomendado pelo fato de não ter efeito oxidante em soluções diluídas.4 Em alguns casos, o uso de soluções de BrCl (5 mL da solução de BrCl por litro de amostra) têm sido recomendado, pois além de ser um forte oxidante e sua contaminação com Hg ser relativamente baixa, causa desagregação da matéria orgânica previamente à adsorção do Hg nas paredes do frasco e o seu descarte é menos complicado se comparado ao K2Cr2O7.36 As perdas de Hg também podem ser minimizadas pelo uso de substâncias complexantes, como por exemplo, a adição de NaCl, o que leva a formação de clorocomplexos de Hg estáveis. Outros ânions inorgânicos, como CN-, I- e Br- foram utilizados satisfatoriamente.37 Entretanto, em meio ácido, o I- forma complexos estáveis do tipo [HgIn]2-n, podendo interferir na determinação de Hg por CVAAS, quando utiliza-se SnCl2 como agente redutor.38. 2.2.1.2. Armazenamento de Amostras Aquosas para Análise de Especiação de Hg Para análise de especiação de Hg em amostras aquosas, de forma a manter a distribuição das espécies, o uso de oxidantes deve ser evitado. A degradação de MeHg é minimizada com adição de HCl a 0,5% (v/v) e armazenamento à temperatura entre 1 e 4 °C, sendo que o uso de HNO3 não é recomendado por promover a degradação de MeHg. O armazenamento de amostras ao abrigo da luz.

(33) 33. Revisão Bibliográfica. para conservação de espécies orgânicas de Hg é essencial, devido à sua susceptibilidade à degradação fotoquímica. Em alguns casos, a filtração prévia a 0,45 µm (diâmetro de poro) ajuda na preservação de MeHg dissolvido, pois a remoção do material particulado minimiza possíveis processos de demetilação.36 O armazenamento de amostras para a determinação de Hg0 e dimetilmercúrio não é recomendado, pois os tempos de meia-vida destas espécies na amostra variam entre 10 e 20 h, principalmente em razão das suas elevadas volatilidades. No momento da amostragem, estas amostras devem ser purgadas com um gás inerte, como o argônio, e retidas em uma armadilha adequada, como por exemplo, uma coluna de ouro ou uma coluna de carvão ativado. Na Tabela 2 estão apresentadas algumas formas de tratamento para a preservação das espécies de Hg e condições adequadas para armazenamento de amostras de água.25,36 Tabela 2. Condições recomendadas para a preservação e armazenamento de espécies de Hg. Adaptado de Parker.27 Espécies Hg total. Recipiente a. Vidro ou PTFE a. MeHg. Vidro ou PTFE. 0. a. Preservação BrCl HCl 0,4% v/v H2SO4 0,2% v/v -. Hg. Vidro. Dimetilmercúrio. Vidro. -. Hg(II), dissolvido /. Vidro ou Teflon. -. a. em suspensão a. Armazenamento Refrigeração, escuro Refrigeração, escuro Refrigeração, escuro Refrigeração, escuro. Estabilidade > 1 ano 6 a 12 meses 1 dia 1 dia 2 a 5 dias. Recipiente com tampa com vedante de PTFE.. Em sedimento e solo a concentração de MeHg normalmente é muito baixa em relação à concentração de Hginorg. A análise de especiação neste tipo de matriz normalmente é feita na amostra úmida. Entretanto, se o armazenamento for necessário, as amostras devem ser acondicionadas ao abrigo da luz, a baixas temperaturas ou liofilizadas.25,39.

(34) 34. Revisão Bibliográfica. 2.2.2. Determinação de Hg por CV AAS Uma ampla variedade de técnicas para a determinação de Hg em diversas matrizes ambientais têm sido utilizadas, onde pode-se destacar as seguintes: colorimetria, fluorimetria, espectrometria de absorção atômica com vapor frio (CV AAS), espectrometria de fluorescência atômica com vapor frio (CV AFS), espectrometria de emissão ótica e espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP OES e ICP-MS, respectivamente), análise por ativação neutrônica ou radioquímica (INAA e RNAA, respectivamente), entre outras.40 A determinação de Hg utilizando colorimetria com ditizona foi considerado um método. de. referência. na. década. de. 60,. sendo. baseado. na. detecção. espectrofotométrica do complexo Hg2+-ditizona, extraído da solução amostra para um solvente orgânico. Limite de detecção (LD) da ordem de 1 µg de Hg é obtido com este método.5. Entretanto, o método é susceptível a uma série de interferências, de. modo que muitas modificações foram feitas para melhorar a sua seletividade. Após o advento da espectrometria de absorção atômica, o método colorimétrico com ditizona foi deixando de ser usado, de modo que poucos laboratórios ainda o utilizam. Entretanto, alguns avanços envolveram o uso da cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), onde ditizona, ditiocarbamato e seus derivados, complexados com espécies de Hg podem ser separados em colunas de fase reversa, seguido de detecção na região do ultravioleta ou visível.99 Alguns derivados hidrossolúveis de ditizona também têm sido usados em eletroforese capilar para determinação de Hg.41, 42,43 Com relação à determinação de Hg por AAS, os sistemas com chama foram, inicialmente, usados. Entretanto, o LD desta técnica era insuficiente para a determinação de Hg na maioria das amostras ambientais.44 Pela sua elevada pressão de vapor (0,16 Pa a 20 °C), o Hg0 pode ser determinado por AAS sem o uso de um atomizador aquecido. As espécies de Hg são convertidas à forma elementar por reação de redução, onde o vapor de Hg gerado na fase líquida é transferido para a fase gasosa e introduzido na cela de leitura, onde o processo de absorção atômica é monitorado a 253,7 nm.45 Alguns autores também demonstraram a possibilidade da determinação de.

(35) 35. Revisão Bibliográfica. Hg por CV AAS monitorando o processo de absorção atômica a 184,9 nm, no qual é obtido um LD de cerca de trinta vezes melhor em relação à linha normalmente utilizada (253,7 nm). Porém, nesta região do espectro eletromagnético, é necessário trabalhar com o sistema ótico do espectrômetro evacuado.46. 2.2.2.1. Mecanismo de Redução A técnica de CV foi primeiramente utilizada por Woodson, em 1939, para monitoramento de Hg em ar atmosférico. Mais tarde, o uso de SnCl2 para a geração de vapor frio foi introduzido por Kimura e Müller, sendo otimizado por Poluektov et al.45 Esta técnica tornou-se popular após o trabalho de Hatch e Ott47, os quais aplicaram esta técnica para a determinação de Hg em diversas amostras ambientais. Atualmente, os agentes redutores mais empregados para a geração de vapor de Hg são o SnCl2 e o tetraidroborato de sódio (NaBH4), sendo este último um redutor mais forte. Na redução com SnCl2, é necessária a purga da solução com um gás inerte, como argônio ou nitrogênio, para o transporte do vapor de Hg até a cela de medição. A redução com SnCl2 ocorre segundo a reação (1): Sn2+(aq) + Hg2+(aq) Sn4+(aq) + Hg0(g). (1). Na redução do Hg com NaBH4, ocorre adicionalmente a produção de H2, o qual contribui para a remoção e transporte do vapor de Hg até a cela de leitura. Mesmo assim, é necessário o uso de um gás inerte para auxiliar no transporte do vapor de Hg. Essa reação ocorre em meio ácido, conforme descrito pela reação (2): BH4-(aq) + H+(aq) + 3H2O(aq) H3BO3(aq) + 8H•(aq) + Hg2+(aq) Hg0(g) + 4H2(g) (2) As soluções de NaBH4 geralmente são preparadas diariamente em solução básica, por exemplo, em NaOH 0,05 a 0,1% (m/v), para melhor estabilidade do reagente. Devido à produção de H2, os procedimentos de redução com NaBH4 são limitados a sistemas abertos.45 Vários autores atribuem vantagens quanto ao uso de NaBH4 em relação ao SnCl2, entre elas, maior sensibilidade e precisão, entretanto, em alguns casos, o SnCl2 foi utilizado em razão da sua maior estabilidade e reação de redução menos enérgica.48.